一种考虑主动配电网的楼宇集群多阶段优化调度方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑主动配电网的楼宇集群多阶段优化调度方法。传统的集群楼宇优化调度方法主要考虑自身特点进行优化，其优化调度方案忽略了主动配电网的影响，限制了集群楼宇供能经济性的最优。本发明专利技术采用的技术方案为：构建主动配电网中考虑多个制热区域的楼宇热动态模型、主动配电网模型；进而构建考虑主动配电网安全运行约束的楼宇集群多阶段优化调度模型，通过求解获得满足主动配电网安全运行约束的楼宇集群优化调度方案。本发明专利技术考虑了主动配电网安全运行约束对楼宇集群优化调度方案的影响，可为楼宇集群提供更加经济可靠的供能调度方案。

A Multi-Stage Optimal Dispatching Method for Building Cluster Considering Active Distribution Network

【技术实现步骤摘要】
一种考虑主动配电网的楼宇集群多阶段优化调度方法
本专利技术属于用户侧综合能源系统运行优化
，尤其涉及一种考虑主动配电网安全运行约束的楼宇集群多阶段优化调度方法。
技术介绍
区域综合能源系统(ICES)中的配电网络对整个系统的优化运行至关重要，如可通过网络重构增加系统的供电能力；可利用有载调压变压器(On-loadTapChanger，OLTC)、并联补偿装置，调节系统无功分布并改善节点电压。在这方面，已有众多学者开展了深入研究，有效提升了配电网运行的安全性和经济性。集群楼宇作为主动配电网(ActiveDistributionNetwork，ADN)中的一个主要用能负荷，对其内部用能进行优化调度可有效降低用户用能成本。然而，集群楼宇在特殊场景下(如夏季供冷)用电负荷的快速增长可能会触及主动配电网的安全运行约束边界，如何在保障主动配电网安全约束前提下，提升集群楼宇系统用能经济性，是亟需解决的难点问题。国内学者及研究机构对该领域进行了一定探索：有研究考虑建筑楼宇的热惰性，来辅助配电系统运行优化。有研究提出了一种考虑配电网重构的ICES最优混合潮流计算方法，通过重构网络拓扑，提高了配电网络的供电能力，并降低了ICES的运行成本。有研究基于热电联产机组(combinedheatandpower，CHP)热电比可调特性，提出一种ICES双层优化模型，减少了用能成本，提高了用能效率。有研究提出了一种ICES分层能量管理框架，实现了对不同能源系统、能源环节以及需求响应资源的优化调度与协调控制。有研究分析了ICES中源、网、荷的互动耦合关系，并构建了其分层价值模型。上述研究对ICES的运行优化提供了诸多可供借鉴的方法，但其所提方法大多割裂了集群楼宇与主动配电网之间的关联性，集群楼宇优化调度方案的合理性存在一定疑问。特别是在实际运行中，主动配电网安全运行约束对集群楼宇供能方案的影响，以及主动配电网调节能力是否有助于集群楼宇最优调度方案的实现尚未得到充分考虑。传统的集群楼宇优化调度方法主要考虑自身特点进行优化，其优化调度方案忽略了主动配电网的影响，限制了集群楼宇供能经济性的最优。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种考虑主动配电网安全运行约束的楼宇集群多阶段优化调度方法，其考虑主动配电网安全运行约束对楼宇集群优化调度方案的影响，为楼宇集群提供更加经济可靠的供能调度方案。为此，本专利技术采用如下的技术方案：一种考虑主动配电网的楼宇集群多阶段优化调度方法，其包括：构建主动配电网中考虑多个制热区域的楼宇热动态模型、主动配电网的数学模型；构建考虑主动配电网安全运行约束的楼宇集群多阶段优化调度模型，通过求解获得满足主动配电网安全运行约束的楼宇集群优化调度方案。作为上述技术方案的补充，所述考虑多个制热区域的楼宇热动态模型的构建过程如下：楼宇区域RC网络模型由热阻R与热容C组成，它们分别具有传输热与储蓄热的能力；节点有两种类型，墙体节点与室内空气节点，节点各自通过热阻相互连接，并经热容接地；一个制热/制冷区域对应着一组RC网络模型，楼宇模型则是由多个类似构造的区域聚合而成；为简单起见，每栋楼宇内的制热区域假设构造一致，因此在同种控制方法以及相同光照参数下，楼宇群中每个制热区域的HVAC系统功率一致，并以此为基础，通过楼宇HVAC系统，调节设备送风温度与送风质量流量，达到集中控制的目的；单个制热区域的热动态数学模型如下：式中：为节点i和节点j之间的墙体热容；为所有与该墙体相邻的节点；Tj为节点j处的温度；为节点i和j之间的墙体温度；为节点i与j之间的热阻；ri,j在此墙体不受阳光照射的情况下取0，否则取1；αi,j和分别为节点i和节点j之间的墙体吸热率和表面积；为该墙体对应朝向的光照强度；式中：为第i个制热区域热容；为待求室温；为所有与第i号房间相邻的节点；为第i个制热区域送风质量该流量；cp为室内空气比热容；为室内送风温度；πi,j在此房间无窗的情况下取0，否则取1；为窗户透射率；为此房间窗体表面积；与分别为该窗体对应朝向的光照强度与该房间的内热源；为第i个制热区域窗体的热阻；式(1)视为i与j节点间墙体的等式约束，式(2)视为第i号房间的热动态等式约束，两式进一步改为如下的状态方程：式中：g(x，u)与d(t)为第i个制热区域状态方程的非线性部分；x为第i个制热区域状态变量，指代网络中各个节点温度；u为系统的控制变量，指代送风质量流量与送风温度；d(t)以及y分别为系统扰动量与输出量；以某制热区域为例，系统状态变量与控制变量示于式(4)和(5)：矩阵A与确定系统输出量的矩阵B示于式(6)和(7)B＝[10000](7)式中，Cr为制热区域等值热容；系统中的非线性部分g(x，u)以及扰动项d(t)示于式(8)和(9)：式中，x1表示第i个制热区域的状态变量，指代制热区域室内温度；随后，基于上述(1)～(9)的单个制热区域数学模型，通过聚合方法得到含多个制热区域的整个楼宇的热动态模型，示于式(10)：式中：b为楼宇中制热区域的个数，b＝{1，2…L}。作为上述技术方案的补充，根据式(10)将楼宇中所有制热区域的热负荷进行累加，从而得到整个楼宇的热动态负荷；随后得到楼宇HVAC的功率消耗模型如下：楼宇中HVAC系统总耗能定义为：式中：为t时刻HVAC系统电功率消耗，其计算方法如下所示：式中：为t时刻楼宇HVAC系统中的制热系统电功率消耗；为t时刻送风系统电功率消耗，其计算方法示于式(13)～(14)：式中：为t时刻HVAC系统中的送风质量流量；为t时刻HVAC系统的制热时送风温度；为i号制热区域内的t时刻的实际温度；cp,air为空气比热容；COP为能效比；ηfan、ηmotor分别为送风设备中的风机、电机系数；ΔPtot为送风设备中的压强差，其计算公式如下：式中：Pstatic为静态压强差；ρ为空气密度；v为风速；楼宇总能耗定义为：式中：PBt为t时刻楼宇功率，其计算方法如下：式中：Pot为t时刻居民楼宇中其它用电设备的使用功率。作为上述技术方案的补充，所述主动配电网的数学模型构建过程如下：1)无OLTC的支路潮流模型放射状电网的单条线路拓扑结构中，Vm和Vn分别为节点m和n的复电压；Imn为线路mn的电流；rmn+jxmn为线路mn的阻抗；Pmn+jQmn为线路mn在节点m侧的视在功率；Pin,n和Qin,n分别为节点n的注入有功功率和无功功率；与该线路相关的有功功率、无功功率及电流幅值表示为：式中：vm和lmn分别为节点m电压幅值的平方和线路mn电流幅值的平方；k:n→k表示节点n的子节点；vn表示节点n电压幅值的平方；Pnk表示节点k的注入有功功率；Qnk表示节点k的注入无功功率；2)含OLTC的支路潮流模型包含OLTC支路的拓扑结构中，线路mn中OLTC的可调变比kmn的模型如下：kmn＝k0+KmnΔkmn(22)式中：k0和Δkmn分别为支路mn中OLTC标准变比和调节步长；Kmn、和分别为支路mn中OLTC的挡位及其可调下、上限；引入虚拟节点t，线路mt建模如下：Ptn＝Pmt-lmtrmt(26)Qtn＝Qmt-lmtxmt(27)式中：Pmt与Qmt分别为节点m到虚拟节点t本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑主动配电网的楼宇集群多阶段优化调度方法，其特征在于，包括：构建主动配电网中考虑多个制热区域的楼宇热动态模型、主动配电网的数学模型；构建考虑主动配电网安全运行约束的楼宇集群多阶段优化调度模型，通过求解获得满足主动配电网安全运行约束的楼宇集群优化调度方案。

【技术特征摘要】
1.一种考虑主动配电网的楼宇集群多阶段优化调度方法，其特征在于，包括：构建主动配电网中考虑多个制热区域的楼宇热动态模型、主动配电网的数学模型；构建考虑主动配电网安全运行约束的楼宇集群多阶段优化调度模型，通过求解获得满足主动配电网安全运行约束的楼宇集群优化调度方案。2.根据权利要求1所述的楼宇集群多阶段优化调度方法，其特征在于，所述考虑多个制热区域的楼宇热动态模型的构建过程如下：楼宇区域RC网络模型由热阻R与热容C组成，它们分别具有传输热与储蓄热的能力；节点有两种类型，墙体节点与室内空气节点，节点各自通过热阻相互连接，并经热容接地；一个制热/制冷区域对应着一组RC网络模型，楼宇模型则是由多个类似构造的区域聚合而成；为简单起见，每栋楼宇内的制热区域假设构造一致，因此在同种控制方法以及相同光照参数下，楼宇群中每个制热区域的HVAC系统功率一致，并以此为基础，通过楼宇HVAC系统，调节设备送风温度与送风质量流量，达到集中控制的目的；单个制热区域的热动态数学模型如下：式中：为节点i和节点j之间的墙体热容；为所有与该墙体相邻的节点；Tj为节点j处的温度；为节点i和j之间的墙体温度；为节点i与j之间的热阻；ri,j在此墙体不受阳光照射的情况下取0，否则取1；αi,j和分别为节点i和节点j之间的墙体吸热率和表面积；为该墙体对应朝向的光照强度；式中：为第i个制热区域热容；为待求室温；为所有与第i号房间相邻的节点；为第i个制热区域送风质量该流量；cp为室内空气比热容；为室内送风温度；πi,j在此房间无窗的情况下取0，否则取1；为窗户透射率；为此房间窗体表面积；与分别为该窗体对应朝向的光照强度与该房间的内热源；为第i个制热区域窗体的热阻；式(1)视为i与j节点间墙体的等式约束，式(2)视为第i号房间的热动态等式约束，两式进一步改为如下的状态方程：式中：g(x，u)与d(t)为第i个制热区域状态方程的非线性部分；x为第i个制热区域状态变量，指代网络中各个节点温度；u为系统的控制变量，指代送风质量流量与送风温度；d(t)以及y分别为系统扰动量与输出量；以某制热区域为例，系统状态变量与控制变量示于式(4)和(5)：矩阵A与确定系统输出量的矩阵B示于式(6)和(7)B＝[10000](7)式中，Cr为制热区域等值热容；系统中的非线性部分g(x，u)以及扰动项d(t)示于式(8)和(9)：式中，x1表示第i个制热区域的状态变量，指代制热区域室内温度；随后，基于上述(1)～(9)的单个制热区域数学模型，通过聚合方法得到含多个制热区域的整个楼宇的热动态模型，示于式(10)：式中：b为楼宇中制热区域的个数，b＝{1，2…L}。3.根据权利要求2所述的楼宇集群多阶段优化调度方法，其特征在于，根据式(10)将楼宇中所有制热区域的热负荷进行累加，从而得到整个楼宇的热动态负荷；随后得到楼宇HVAC的功率消耗模型如下：楼宇中HVAC系统总耗能定义为：式中：为t时刻HVAC系统电功率消耗，其计算方法如下所示：式中：为t时刻楼宇HVAC系统中的制热系统电功率消耗；为t时刻送风系统电功率消耗，其计算方法示于式(13)～(14)：式中：为t时刻HVAC系统中的送风质量流量；为t时刻HVAC系统的制热时送风温度；为i号制热区域内的t时刻的实际温度；cp,air为空气比热容；COP为能效比；ηfan、ηmotor分别为送风设备中的风机、电机系数；ΔPtot为送风设备中的压强差，其计算公式如下：式中：Pstatic为静态压强差；ρ为空气密度；v为风速；楼宇总能耗定义为：式中：PBt为t时刻楼宇功率，其计算方法如下：式中：Pot为t时刻居民楼宇中其它用电设备的使用功率。4.根据权利要求3所述的楼宇集群多阶段优化调度方法，其特征在于，所述主动配电网的数学模型构建过程如下：1)无OLTC的支路潮流模型放射状电网的单条线路拓扑结构中，Vm和Vn分别为节点m和n的复电压；Imn为线路mn的电流；rmn+jxmn为线路mn的阻抗；Pmn+jQmn为线路mn在节点m侧的视在功率；Pin,...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志浩，汪湘晋，张雪松，倪筹帷，赵波，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33